The soil-structure relative stiffness is a key factor affecting the seismic response of underground structures. It is of great significance to study the soil-structure relative stiffness for the soil-structure interaction and the seismic disaster reduction of subway stations. In this paper, the dynamic shear modulus ratio and damping ratio of an inhomogeneous soft soil site under different buried depths which were obtained by a one-dimensional equivalent linearization site response analysis were used as the input parameters in a 2D finite element model. A visco-elasto-plastic constitutive model based on the Mohr-Coulomb shear failure criterion combined with stiffness degradation was used to describe the plastic behavior of soil. The damage plasticity model was used to simulate the plastic behavior of concrete. The horizontal and vertical relative stiffness ratios of soil and structure were defined to study the influence of relative stiffness on the seismic response of subway stations in inhomogeneous soft soil. It is found that the compression damage to the middle columns of a subway station with a higher relative stiffness ratio is more serious while the tensile damage is slighter under the same earthquake motion. The relative stiffness has a significant influence on ground surface deformation, ground acceleration, and station structure deformation. However, the effect of the relative stiffness on the deformation of the bottom slab of the subway station is small. The research results can provide a reference for seismic fortification of subway stations in the soft soil area.
This paper is on the research of the special character of the dynamic response according to a design of the clamped reinforced concrete slab. In this study, the 20-node solid element has been used to analyze the dynamic characteristics of RC slabs with clamped edges. The elasto-visco plastic model for material non-linearity and the smeared crack model have been adopted in the finite element formulation. The design factor, which affect the dynamic response of the reinforced concrete slab, are the steel layer thickness, steel layer depth, steel layout method, steel layout angle and the slab thickness and span ratio. The main purpose of this study was to find out the dynamic response of the reinforced concrete slab according to above variables. The reduction of deflection/thickness ratio appeared less than 2% when the slab thickness between 20 and 21cm. It is desirable that the slab thickness must be above 20-21cm. The reduction ratio of deflection is appeared greatly when the value of the span/thickness ratio is between 25 and 30. In conclusion, the steel layer depth and thickness had a little effect on deflection of the dynamic response, but had no effect on the steel layout angle.
The air filter in engine intake system filters the dirt in the breathing air but also it attenuates the noise although the phenomenon has been regarded negligible. For the analysis of the acoustical performance of air filter, an acoustical model is suggested in this paper. The air filter consists of a porous filter element, which catches the particulate dirt, and a plastic filter box, which supports the filter element. Fibrous structure of the filter element is modeled as a micro-perforated panel using the flow resistivity and porosity. The pleated geometry of the filter element is modeled as two coupled ducts and a mathematical model is developed for the analysis of sound propagation. The filter box Is modeled as a rigid rectangular box. By combining two models, a 4-pole transfer matrix for the air filter is derived. The transmission loss calculated using the transfer matrix of the suggested model is compared with the measured data. Reasonably good agreement is observed. The result can be improved by considering the visco-thermal effect in modeling, in particular at a frequency range near the troughs of TL curve.
The reinforced concrete slab is one of main structure members in the construction industry sector. However, most of researches regarding to RC slabs have been focused on two-dimensional Mindlin-type plate element on the basis of laminated plate theory since three-dimensional solid element has a lot of difficulties in finite element formulation and costs in CPU time. In reality, the RC slabs are subjected to dynamic loads like a heavy traffic vehicle load, and thus should insure the safety from the static load as well as dynamic load. Once we can estimate the dynamic behaviour of RC slabs exactly, it will be very helpful for design of it. In this study, the 20-node solid element has been used to analyze the dynamic characteristics of RC slabs with clamped edges. The elasto-visco plastic model for material non-linearity and the smeared crack model have been adopted in the finite element formulation. The applicability of the proposed finite element has been tested for dynamic behaviour of RC slabs with respect to characteristics of concrete materials in terms of cracking stress, crushing strain, fracture energy and Poisson's ratio. The effect on dynamic behaviour is dependent on not crushing strain but cracking stress, fracture energy and Poisson's ratio. In addition to this, it is shown the damping phenomenon of RC slabs has been identified from the numerical results by using Rayleigh damping.
Tunneling in rocks having the time-dependent behavior, causes some difficulties like tunnel convergence and, as a result, pressure on concrete lining; and so instability on this structure. In this paper the time-dependent behaviour of squeezing phenomenon in a large cross section tunnel was investigated as a case study: Alborz tunnel. Then, time-dependent behaviour of Alborz tunnel was evaluated using FLAC2D based on the finite difference numerical method. A Burger-creep viscoelastic model was used in numerical analysis. Using numerical analysis, the long-time effect of squeezing on lining stability was simulated.This study is done for primary lining (for 2 years) and permanent lining (for 100 years), under squeezing situations. The response of lining is discussed base on Thrust Force-Bending Moment and Thrust Force-Shear Force diagrams analysing. The results determined the importance of consideration of time-dependent behaviour of tunnel that structural forces in concrete lining will grow in consider with time pass and after 70 years can cause instability in creepy rock masses section of tunnel. To show the importance of time-dependent behavior consideration of rocks, elastic and Mohr-Coulomb models are evaluated at the end.
The purpose of this study was to establish a numerical model of polyurethane foam (PUF) to simulate the dynamic response and strength of membrane-type Liquefied natural gas (LNG) Cargo containment system (CCS) under the impact load. To do this, initially, the visco-plastic behavior of PUF was characterized by testing the response of the PUF to the impact loads with various strain rates as well as PUF densities at room temperature and at cryogenic conditions. A PUF material model was established using the test results of the material and the FE analysis. To verify the validation of the established material model, simulations were performed for experimental applications, e.g., the dry drop test, and the results of FEA were compared to the experimental results. Based on this comparison, it was found that the dynamic response of PUF in dry drop tests, such as the reaction force and fracture behaviors, could be simulated successfully by the material model proposed in this study.
Once assessment of material failure characteristics is captured precisely in a unified way, it can bedirectly incorporated into the structural failure assessment under various loading environments, based on the theoretical backgrounds so called Local Approach to Fracture. The aim of this study is to develop a numerical fatigue test method by continuum damage mechanics applicable for the assessment of structural integrity throughout crack initiation and structural failure based on the Local Approach to Fracture. The generalized elasto-visco-plastic constitutive equation, which can consider the internal damage evolution behavior, is developed and employed in the 3-D FEA code in order to numerically evaluate the material and/or structural responses. Explicit information of the relationships between the mechanical properties and material constants, which are required for the mechanical constitutive and damage evolution equations for each material, are implemented in numerical fatigue test method. The material constants selected from constitutive equations are used directly in the failure assessment of material and/or structures. The performance of the developed system has been evaluated with assessing the S-N diagram of stainless steel materials.
The mechanical properties of the most widely used cryogenic materials, i.e. austenitic stainless steel (ASS), aluminum alloy and invar steel, strongly depend on temperatures and strain rates. These phenomena show very complicated non-linear behaviors and cannot be expressed by general constitutive equation. In this study, an unified constitutive equation was proposed to represent the effect of temperature and strain rate on the materials. The proposed constitutive equation has been based on Tomita/Iwamoto and Bodner/Partom model for the expression of 2nd hardening due to martensite phase transformation of ASS. To simulate ductile fracture, modified Bodner/Chan damage model was additionally applied to the model and the model validity was verified by comparison of experimental and simulation results.
본 논문은 8절점 고체요소를 이용하여 항공기 충돌에 의한 원전 격납건물의 동적 거동을 분석하고 그 결과를 기술하였다. 콘크리트의 재료적 특성을 표현하기 위하여 Drucker-Prager항복기준을 바탕으로 항복면과 파괴면을 형성하였다. 이때 항복면과 파괴면은 콘크리트의 소성변형이 누적되면 가변하는 것으로 가정하였다. 철근의 재료특성은 변형도에 의존적인 탄성/점소성모델을 이용하여 표현하였다. 표준고체요소의 성능저하를 방지하기 위하여 Hughes가 제시한 B bar법을 바탕으로 변형도-변위관계 행렬을 형성하였다. 동적 시간이력해석을 수행하기 위하여 안정적인 수렴성을 가지는 암시적인 Newmark법을 도입하였다. 마지막으로 시간이력해석을 통하여 콘크리트 균열변형도의 수준과 충돌하는 항공기의 종류에 따른 격납건물의 동적거동변화를 조사하고 이를 정량적으로 기술하였다.
This study has been carried out to investigate the dynamic characteristics of RC slabs. For this purpose, the 20-node solid element has been used to discretize the RC slabs into two parts of concrete and rebar. The material non-linearity considering elasto-visco plastic model and the smeared crack model have been adopted in the finite element formulation. The applied load can handle step load, load intensity of harmonic load, area of distributed load and frequency. The frequency of harmonic load has an significant effect on dynamic behaviour in terms of displacement. As the frequency is increased, the effect of load amplitude is more serious. Especially, if the frequency of harmonic load exceeds 30 Hz, it is noted that the displacement by harmonic load is greater than that by step load. In case of harmonic load, the damping effect shows no certain tendency with respect to frequency of load. In details, the damping is effective when the frequency of harmonic load is 2 Hz, but there is no consistent tendency according to damping ratio. The dynamic response when the frequency of harmonic load is 3 Hz shows same result for undamped case as well as for damped case with 5% damping ratio. It is also noted that we can get the largest deflection for damped case with 1% damping ratio. However, there is not any damping effect when the frequency of harmonic load is greater than 4 Hz.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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